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りえあざみ
4 years ago
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1 東北大学サイクロトロンラジオアイソトープセンター測定器研究部内山愛子

2 2 電子の永久電気双極子能率 EDM : Permanent Electric Dipole Moment 電子のスピン方向に沿って生じる電気双極子能率標準模型 (SM): クォークを介した高次の効果で電子 EDM ( d e ) が発現 d e SM < ecm M. Pospelov and A. Ritz, Ann. Phys., , (2005) 超対称性理論 : 統計性の異なる粒子の伝搬により発現標準模型より倍大きい値をとり得る Weak boson quark electron 標準模型を超えた物理モデルの検証を行う e ~ L e bino e ~ R e

3 3 電子の永久電気双極子能率 EDM : Permanent Electric Dipole Moment 電子のスピン方向に沿って生じる電気双極子能率標準模型を超えた物理モデルの検証を行う核融合反応によるフランシウム (Fr) 生成レーザーを用いた精密測定

4 4 Fr原子を用いた電子EDM探索 EDM増幅率 Fr原子EDM 電子EDM 900 D Mukherjee, et al. J. Phys. Chem. A 113(45) (2009). レーザー冷却トラップが可能核融合反応によるフランシウム(Fr)生成不安定原子 (210Fr 寿命 ~3分) 2017/2/19 第23回ICEPPシンポジウム H Li Be Na Mg K Ca Sc Sr Y Cs Ba 57~7 ランタノ Fr Ra 89~10 アクチノ

5 5 Fr 原子を用いた電子 EDM 探索磁場 B ー電場 E ー ++ 時間反転 ++ hν + = 2m F g F μ B B + 2m F d Fr E + hν + = 2m F g F μ B B + 2m F d Fr E + m F : 磁気量子数, μ B : ボーア磁子, d Fr : Fr 原子 EDM, B +, B : 磁場, E +, E : 磁場 h ν + ν = 2m F g F μ B B + B 2m F d Fr E + + E d Fr = h ν + ν + 2m F g F μ B B + B 2m F E + + E

6 6 Fr 原子を用いた電子 EDM 探索長い相互作用時間 ~ 1 sec d Fr = h ν + ν + 2m F g F μ B B + B 2m F E + + E 高精度周波数測定 ~ 0.1 mhz 高電場印加 ~ 100 kv/cm 磁場の精密測定 ~ 10 ft 光格子中での EDM 測定

7 7 光格子中での原子のエネルギーシフト Δε = 磁場 B 電場 E 1 4 α S AC E ω 2 : AC scalar stark shift ( = U ) 1 4 α V AC m F 2J E ω 2 iε ε e: AC vector stark shift 1 4 α T AC 3m F 2 J(J+1) J(2J 1) 3 ε z 1 2 E ω 2 : AC tensor stark shift M. Auzinsh et al., Optically Polarized Atoms (2009) α S AC, α V AC, α T AC : 分極率, E ω : 光の電場振幅, U: ポテンシャル深さ, J: 電子の全角運動量, m F : 磁気量子数 ε: 偏光ベクトル, e: 量子化軸方向の単位ベクトル hν = Δε 1 F 1, m F 1 Δε 2 F 1, m F α V AC m F = 2m 2J E ω 2 iε F α eff U iε ε eε e 光が円偏光のときのみ生じる = 2m F g F μ B B 2m F α eff U iε ε e 2m F d Fr E 静磁場光による有効磁場 EDM

8 8 とを用いた光格子共存磁力計 hν = Δε 1 F 1, m F 1 Δε 2 F 1, m F 1 磁場 B 電場 E = 2m F g F μ B B 2m F α eff U iε ε e 2m F d Fr E hν Fr = 2m Fr g Fr μ B B 2m Fr α eff (Fr) U iε ε e 2m Fr d Fr E 210 Fr hν = 2m g μ B B 2m α eff ( ) U iε ε e 2m d E hν = 2m g μ B B 2m α eff ( ) U iε ε e 2m d E 静磁場と光による有効磁場を同時に測定 α eff = α eff () α S AC () α S AC (Fr) 2017/2/19 第 23 回 ICEPP シンポジウム

9 9 とを用いた光格子共存磁力計との同時トラップ磁場 B 電場 E とによる磁場測定ルビジウム蒸気セルを用いた磁力計感度限界 ~10 pt/ Hz 210 Fr ルビジウムセル ( パラフィンコーティング ) 2017/2/19 第 23 回 ICEPP シンポジウム

10 10 とを用いた光格子共存磁力計との同時トラップ磁場 B 電場 E ルビジウムアンプルから放出される原子 ~ 300 K ドップラー冷却 ~ 300 μk 磁気光学トラップ (MOT) 偏光勾配冷却 ~ 30 μk を用いたトラップの開発 210 Fr MOT ~10 9 個 FORT ~10 6 個 2.5 mm 非共鳴光によるトラップ (FORT) 定在波のときに光格子とよぶ修士論文坂本幸祐 (2017) 東北大学 2017/2/19 第 23 回 ICEPP シンポジウム

11 11 磁気光学トラップ (MOT) ドップラー冷却磁場による復元力光の周波数を原子の共鳴周波数から負に離調 e σ+ 偏光 σ- 偏光 σ- 偏光四重極磁場と光の偏光の選択則 m F =-1 m F =0 m F =+1 σ+ 偏光 σ- 偏光 σ- 偏光 π 偏光 σ+ 偏光 g σ+ 偏光原子を冷却し捕獲する m F =0

12 12 との同時 MOT 5P 3/2 F=4 ~0.1 GHz F=3 F=2 F=1 Δ 5P 3/2 F=3 ~0.3 GHz F=2 F=1 F=0 Δ=20 MHz リポンプ光トラップ光リポンプ光トラップ光 5S 1/2 F=3 F=2 ~3.0 GHz 5S 1/2 F=2 F=1 ~6.8 GHz トラップ ν 1 : GHz トラップ ν 2 : GHz リポンプ ν 3 : GHZ リポンプ (F=1 F =2) D2 線 F=1 F =2 からの離調 [GHz] 2017/2/19 第 23 回 ICEPPシンポジウム

13 13 との同時 MOT トラップ ν 1 : GHz トラップ ν 2 : GHz リポンプ ν 3 : GHZ リポンプ (F=1 F =2) D2 線 F=1 F =2 からの離調 [GHz] レーザー RF 信号 ν 1 電気光学変調器 ν 2 RF 結合器 RF 増幅器 ν 3 光スペクトラムアナライザー

14 14 との同時 MOT 原子からの蛍光との同時 MOT に成功! レンズ光検出器今後の課題トラップ個数を増やす個数の安定化偏光勾配冷却

15 15 まとめ電子 EDM を Fr 原子を用いて探索することを計画している光格子中での EDM 探索で問題となるベクトル光シフトを測定するためにとを用いた光格子共存磁力計の開発を進めている今回との同時 MOT に成功した

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PowerPoint プレゼンテーション時間反転対称性の破れの探索に向けたルビジウム磁力計の研究目次本研究の目的冷却フランシウム原子を用いた電子の永久電気双極子能率 (EDM) 探索 EDM 探索に必要とされる磁場精度ルビジウム (Rb) 磁力計の原理周波数変調光を用いた非線形磁気光学回転効果 (FM-NMOR) 磁場感度の高い Rb 磁力計の開発 FM-NMOR スペクトルの傾きに対するレーザー周波数, 変調幅, 強度依存性の測定